Einbindung der erneuerbaren Energien ins deutsche Stromnetz bis 2020 dena Netzstudie II.

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1 Annegret-Cl. Agricola Einbindung der erneuerbaren Energien ins deutsche Stromnetz bis 2020 dena Netzstudie II , DUH Kongress, Berlin 1

2 Netzausbau im Höchstspannungsnetz gemäß dena-netzstudie I und TEN-E-Leitlinien. 850 km Netzausbau gemäß denanetzstudie I zur Integration von 20% regenerativen Energien in das Verbundsystem und Netzausbau gemäß vorrangigem Verbundplan der europäischen TEN-E Leitlinien: Stärkung der Versorgungssicherheit Ausbau des Wettbewerbs im europäischen Binnenmarkt Verstärkte Nutzung und Integration der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien 2

3 Windenergieerzeugungskapazitäten in Deutschland regionale Verteilung. Quelle: DEWI Magazin Nr. 34, Februar 2009 Installierte Windleistung hat erhebliche Auswirkungen auf die erforderliche Netzstruktur. Beispiel Sachsen-Anhalt: Windenergieerzeugung beträgt 44,2 % des Nettostromverbrauchs (2009). Anteil Bruttostromerzeugung hoch niedrig Windenergie Sonstige Erzeugung 3

4 Ausbau der Offshore-Windenergie in Deutschland: 25 genehmigte Windparks in Nord- und Ostsee. Strategie der Bundesregierung: MW installierte Offshore Wind-Leistung bis

5 Entwicklung des Ausbaus der erneuerbaren Energien in Deutschland bis Entspricht rund 37 % des Stromverbrauchs Quelle: BMU- Leitszenario

6 Dezember Last und Windenergieschwankungen in Deutschland. > 70 GW Last < 1 GW Wind < 45 GW Last > 20 GW Wind 6

7 Herausforderung: Systembetrachtung. Ausgangspunkt: Energie- und klimapolitische Zielsetzungen. Optimierung des Gesamtsystems Ordnungs- und förderpolitischer Rahmen Integrative Betrachtung der Systeme und Systemelemente Technologien/Technik Wirtschaftlichkeit / Märkte / Wohlfahrt Der Ausbau der erneuerbaren Energien in der Stromerzeugung und ihre Integration in das Versorgungssystem in Verbindung mit der Optimierung des Gesamtsystems unter Berücksichtigung der Angebots- und Nachfrageseite erfolgen. 7

8 dena-netzstudie II. 8

9 Fakten zur dena-netzstudie II. dena-netzstudie II: Integration erneuerbarer Energien in die deutsche Stromversorgung im Zeitraum Wissenschaftlich-technische Arbeitsziele: Integration 30% Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung in Deutschland in das Verbundsystem Fokussierung auf 380kV Höchstspannungsebene im Zeitraum 2015 bis 2020 mit Ausblick nach 2025 Untersuchung der Notwendigkeit eines Netzausbaus über den in der dena-netzstudie I ermittelten Bedarf und ggf. Dimensionierung des Netzes Gewährleistung der Systemstabilität auch in schwierigen Situationen (Sicherheit der Stromversorgung) Berücksichtigung von Netzoptimierungsmaßnahmen Erhöhung der Flexibilitäten im Elektrizitätssystem Ergebnisse im Herbst 2010 EFFIZIENZ ENTSCHEIDET 9

10 Branchenübergreifende Projektstruktur. Projektsteuerungsgruppe (Leitung dena) Offshore Stiftung / Offshore Forum Windenergie VGB PowerTech VDMA, Power Systems Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie EWE 50 Hertz Transmission E.ON Netz Siemens Amprion Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE Bundesverband Windenergie Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft EnBW Transportnetze BARD Engineering Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit transpower Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Erstellung der Studie durch Konsortium um das Energiewirtschaftliche Institut der Universität Köln (DEWI, IWES, transpower, Amprion, 50-Hertz Transmission, EnBW-TN, EWI) Studienbegleitenden Plausibilitätsprüfung von Zwischen- und Endergebnissen durch externe Sachverständige: Prof. Schnettler (RWTH Aachen) und Prof. Wagner (DLR). EFFIZIENZ ENTSCHEIDET 10

11 Netzoptimierung: Methoden zur Erhöhung der Übertragungskapazitäten im Stromnetz. Freileitungs-Monitoring: Wetter- und terrainabhängige Übertragungserhöhung von Freileitungen durch Windkühlung. Die Strombelastbarkeitserhöhung ist nur temporär möglich. Vergleichsweise geringe Investitionskosten. Hochtemperaturleiterseile: Hochtemperaturleiterseilen erlauben erhöhte Leitertemperaturen von bis zu 200 C Dauerhafte Erhöhung der Strombelastbarkeit um bis zu 200% (verbunden mit erhöhten Übertragungsverlusten) Neubeseilung bestehender Trassen. Kein Trassenneubau notwendig. Freileitungsmonitoring ist terrainabhängig: Potentialkarte für (Starkwindsituationen) 115% in Süddeutschland 150% in Norddeutschland 150% 130 % 115% 11 Quelle: dena Netzstudie II, Zwischenbericht, 2008

12 Erhöhung der Flexibilitäten im Elektrizitätssystem Systemansatz der dena-netzstudie II. Erneuerbare Energien Speicher Netze Verbraucher Konventionelle Kraftwerke Bestandsaufnahme vorhandener und Perspektiven für neue Speichertechnologien Verbesserte Wind- und Lastprognose Regel- und Reserveleistungsbereitstellung durch Windenergie Lastmanagement für ausgewählte Verbraucher Dezentrale Analyse einzelner Einspeisepunkte Einspeisemanagement versus Adiabate Druckluftspeicher (CAES) versus Overlaynetz 12

13 dena-netzstudie II: Identifikation und Bewertung von Übertragungstechnologien. Identifikation geeigneter Übertragungstechnologien zum Transport der Windenergieeinspeisung in die Lastschwerpunkte: HGÜ-Kabel, klassisch bzw. mit VSC-Technik HGÜ-Freileitung, klassisch 380 kv-freileitung, AC 380 kv-erdkabel, AC 750 / 800 kv-freileitung, AC Gasisolierte Leiter Untersuchung nach folgenden Kriteriengruppen: Technische Eigenschaften inkl. technischer Entwicklungspotenziale (Zeithorizont bis 2020) Wirtschaftlichkeit (Investitions- und Betriebskosten) Systemverhalten / Systemkompatibilität Akzeptanzfähigkeit 13

14 Systemintegration erneuerbare Energien weitere Aspekte. 14

15 Arten und Potenziale von Speichertechnologien. Technologien: Chemische Speicher: z. B. Wasserstoff Elektrochemische Speicher: z. B. Batterien Elektrische Speicher: z. B. Supraleitende Spulen Thermische Speicher: z. B. Warmwasserspeicher Kinetische Energiespeicher: z. B. Schwungräder Pumpspeicherkraftwerke Druckluftspeicher mit/ohne Kompressionswärmenutzung Potentiale in Deutschland: Speicherseen für ca. 40 GWh, Zubau begrenzt möglich Untergrundspeicher für Druckluft-/ Wasserstoffspeicherung ca. 19 Mrd. m 3, Speicherkataster ab 2011 geplant 1 Mio. Elektrofahrzeuge (2020) / Batteriespeicher für die Kurzfrist- Speicherung ca. 20 GWh, Erweiterung abhängig von der Entwicklung der Elektromobilität Weitere Energiespeicher-Kapazitäten werden benötigt. 15

16 EU-Projekt OffshoreGrid Zielsetzung: Untersuchung der technischen, ökonomischen und politischen Aspekte eines Offshore-Netzes im europäischen Nord- und Ostseeraum (sowie Übertragbarkeit auf den Mittelmeerraum) Erarbeitung einer Diskussionsgrundlage für europäische Ziele und Handlungspläne EU-Projektkonsortium: 3E (Belgien), dena, Sintef (Norwegen), Econnect (GB), IEO ECBREC (Polen), NTUA (Griechenland), Uni Oldenburg (DE), Europäischer Windenergieverband (EWEA) Laufzeit:

17 Aktueller Handlungsbedarf Systembereiche. Die Stromversorgung ist im Wandel. Benötigt werden intelligente, flexible Lösungen für das Gesamtsystem (Ansatz: Smart Energy System). Nutzung der erheblichen wirtschaftlichen Energieeffizienzpotenziale in allen Verbrauchssektoren und entlang der gesamten Versorgungskette. Bereitstellung eines sicheren und kostengünstigen Kraftwerksparks, auf Basis eines effizienten Zusammenspiels zentraler und dezentraler Erzeugungstechnologien und des Ausbaus der erneuerbaren Energien. Lastmanagement und Speicher: Erhöhung der Flexibilität des Energiesystems vor dem Hintergrund einer zunehmenden Entkopplung der Gleichzeitigkeit von Stromerzeugung und Stromnachfrage. Ausbau von Energiespeicherkapazitäten inkl. Systemverknüpfung Strom- und Wärme-/Kälte-/Klimasystemen Nutzung neuer Technologien in Verbindung mit Smart Metering / Smart Grids zur nachfrage- und angebotsseitigen Systemoptimierung. Funktionierender Markt für Energiedienstleistungen ist wesentliche Voraussetzung für Energieeffizienzsteigerungen und Systemoptimierung. 17

18 Aktueller Handlungsbedarf Deutschland. Erzeugungsgesteuerter Netzausbau: Die Kapazität im Transport- und im Verbundnetz muss vom Norden in die Lastzentren im Süden ausgebaut werden. Akzeptanzoffensive zur Überwindung des Genehmigungsstaus, insbesondere beim Ausbau der höheren Spannungsebenen, um eine zügige Erweiterung der Netzkapazität sicherzustellen. Dezentrale Erzeugung erfordert Ausbau und Optimierung der Verteilnetze auch im Hinblick auf den Rücktransport in höhere Spannungsebenen. Die Zunahme vertikaler Lastflüsse vom Verteilnetz in die Übertragungsnetzebene fordert neue Strategien und Lösungen sowohl politischer als auch technischer Art zur Gewährleistung der Systemsicherheit. Zügiger Netzausbau und Systemoptimierung sind wesentliche Bestandteile einer nachhaltigen Energieversorgung. 18

19 Aktueller Handlungsbedarf Europa. Verstärkte koordinierte Netzplanung auf europäischer Ebene Strategische Planung eines Offshore-Netzes und Berücksichtigung in der Planung der Onshore-Windenergienutzung Ausbau gekoppelter Märkte und Implementierung von Intraday-Märkten für Grenzkuppelkapazitäten Mittelfristig/langfristig: Koordination und Harmonisierung der Förderung für EE Ausbau der Grenzkuppelstellen als Grundlage für eine europäische Netzplanung als Voraussetzung für einen integrierten europäischen Strommarkt zur Nutzung der Ausgleichseffekte räumlich verteilter EE-Einspeisung zur Bereitstellung grenzüberschreitender Systemdienstleistungen und Erhöhung der Systemsicherheit der nationalen Übertragungsnetze zur Bereitstellung von Speicherkapazitäten für das europäische Stromsystem 19

20 Effizienz entscheidet. 20